我国南方气候常年高温高湿，特别是夏季时高温导致粮堆表层粮食品质劣变快，常规储藏技术下储备粮安全储藏的难度远远大于国内其它省份[1]。一定的储粮生态系统中，利用控温技术调节粮堆温度，从而降低粮堆的呼吸强度，抑制害虫和微生物生长，达到安全储粮、延缓粮食品质下降和节能降耗的目的，包括低（准低）温储粮，即将平均粮温控制在15 ℃（20 ℃）以内，最高粮温控制在20 ℃（25 ℃）以内[1]。低温储藏可以延缓粮食品质劣变以及降低虫霉危害，是保证粮食安全的重要措施[2-3]。空调控温技术作为实现低温储粮的重要方式之一已获得普遍认可。空调控温技术在储粮保质和减损方面作用显著，可通过控制仓温和表层粮温，来降低粮堆的呼吸强度，抑制害虫和微生物生长，以达到安全储粮、延缓粮食品质下降和节能降耗的效果[1,4]。
目前，国内外已有关于控温储粮的研究报道，主要围绕控温效果[4-6]、能耗效益[4-6]、储粮品质变化[1]、低温对害虫的致死作用[7-9]等方面开展研究。郭超等[1]指出空调控温对延缓表层稻谷脂肪酸值升高具有显著作用，并对改善整仓粮食品质具有一定的作用。王平坪等[4]报道在相同的空调运行条件下，空调对稻谷平房仓内仓温及表层粮温的控制效果优于玉米仓，对立筒仓表层粮温的控制效果明显，可延缓其变化幅度和降低温度值[4]。田琳等[9]报道了华北地区高大平房仓在度夏期间，利用空调控温技术，将仓温和表层平均粮温有效控制在22 ℃以下，但同一粮层不同位点温度差异大。大量研究发现，空调控温技术可以延缓广西、海南等高温高湿储粮区稻谷品质劣变，确保粮食安全度夏[11-12]。此外，姚锡鹏等、元世昌等介绍了粮食控温储藏与保质减损技术研究进展[10-11]。王智颖等提出现有粮食行业推广的控温储粮技术，在有效的温度和足够的暴漏时间下，采用控制温度防治害虫的策略是不可行的[7]。关于控温储粮期间能耗效益的报道，王晨阳等报道在控温过程中，耗电量与外界温度和开门作业时长密切相关，企业需根据外界温度及时调整冷凝设定温度，同时减少进出仓作业时长，从而实现准低温储存，提高企业控温储粮经济性[5]。空调温度的设置应根据气温和粮情的变化适时做出调整，在达到控温目标的同时实现节能降耗[4,12]。空调控温储粮技术因不科学的使用模式而造成运行成本过高，但如何科学经济合理使用空调，因涉及不同储粮区外界气温差异、不同储粮工艺等差异难以参照。
以广东省储备粮管理集团有限公司梅州直属库两座高大平房仓为实验仓，研究了不同开启温度和开启时长模式下的空调能耗，比较了22 ℃+13 h、24 ℃+24 h 空调运行模式下粮堆温度变化、品质变化情况，分析了粮堆各层温度变化情况，评估了利用空调控温实现准低温储粮的技术可行性，为广东省高温高湿储粮区高大平房仓空调控温储粮提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 实验仓房
广东省储备粮管理集团有限公司梅州1 号和6号高大平房仓，内长53.6 m，宽26.2 m，装粮线高度6 m，粮堆高度5.9 m，粮堆体积8 285 m3，设计仓容6 250 t。各仓储粮情况见表1 所示。
表1 空调试验仓储粮情况
Table 1 Initial indicators of storage grain in air-conditioning test warehouse
仓号 品种 等级 入库年份 水分/% 脂肪酸值/(g/L)平均粮温/℃ 最高粮温/℃1 号仓 早籼稻 2 2021.8 12.0 18.9 18.7 22.8 6 号仓 早籼稻 2 2021.8 12.9 19.5 19.5 23.7
1.2 实验器材和设备
30 kW YSWKF-30 型粮食专用空调：江苏永昇空调有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 仓房气密性测定
参照粮油储藏 平房仓气密性要求（GB/T 25229—2010）[13]。
1.3.2 粮情检测点的设置
1 号仓和6 号仓粮堆长边设置12 排、宽边设有7 排测温电缆，共84 根测温电缆（如图1 所示），每根电缆4 个测温点，总共336 个测温点，测温线距离两个墙面的距离均为0.5 m。竖向第1 个测温点距离粮面和最后1 个测温点距离地坪均为0.5 m，且测温点之间的距离大约1.6 m，即S1 层距粮面深度为0.5 m，S2 层距粮面深度为2.1 m，S3 层距粮面深度为3.7 m，S4 层距粮面深度为5.3 m。各层测温点编号如图2 所示。
图1 空调实验仓粮温检测点设置情况
Fig.1 Distribution of monitoring point of paddy temperature in test warehouse by air-conditioning
图2 1 号仓粮温检测点编号设置
Fig.2 Distribution of and serial number of grain temperature detection point in 1# warehouse
1.3.3 空调控温储粮运行工艺
1 号仓和6 号仓均安装2 台30 kW 新型一体式空调，分别悬挂于仓房南北方向，呈对角线分布。选取高温高湿储粮区外界气温上升期间（运行时间：2022年5月31日至2022年7月29日），开启空调运行，其中1 号仓空调设置开启温度为22 ℃，每天运行13 h（7:00–20:00），6 号仓空调设置开启温度为24 ℃，每天运行24 h （0:00–24:00）。各仓电表用于统计实验期间空调能耗。
1.3.4 稻谷水分检测
参照GB 5009.3—2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定[14]。
1.3.5 稻谷脂肪酸值检测
参照GB/T 20569—2006 稻谷储存品质判定规则[15]。
1.4 数据分析
数据差异显著性分析，采用SPSS 17.0[16]。各层温度分布情况绘制采用Surfer11.0 和AutoCAD2008绘制参照白世彪[17]，并将各层按照从上至下的顺序合并为粮温分布图。
2 结果与分析
2.1 空调实验仓1号仓和6号仓粮堆温度变化情况
空调实验仓1 号仓和6 号仓粮温变化如表2 所示。由表2 可知，在不同空调运行模式下，粮堆平均温度和最高粮温均缓慢升高，其中在22 ℃+13 h模式下的 1 号仓的平均粮温由 18.7 ℃升高至19.5 ℃，而在24 ℃+24 h 模式下6 号仓平均粮温由19.5 ℃升高至20.3 ℃，平均粮温均升高了0.8 ℃。在空调运行期间，1 号仓和6 号仓最高粮温均未超过25 ℃，其中1 号仓最高粮温低于23.7 ℃。一般地，平均粮温常年保持在20 ℃及以下，局部最高粮温不超过25 ℃的储藏方式称之为准低温储藏[18]。实验期间，空调实验仓6 号仓从2022年5月31日至2022年7月4日保持准低温储粮，空调实验仓1 号仓从2022年5月31日至2022年7月29日保持准低温储粮。开启空调控温后，控温技术对粮堆局部温度虽有一定影响，但因空调实验仓1 号仓基础粮温低于6 号仓，空调实验仓1 号仓准低温储粮保持效果优于6 号仓，这表明粮堆基础粮温对控温储粮技术的实施具有重要的作用，建议进一步开展冬季通风降低粮堆基础粮温。
表2 空调实验仓1 号仓和6 号仓粮温变化情况
Table 2 Changes of grain temperature in 1# and 6# warehouse ℃
时间22 ℃+13 h 模式（1 号仓） 24 ℃+24 h 模式（6 号仓）仓温 表层粮温 平均粮温 最高粮温仓温 表层粮温 平均粮温 最高粮温2022.5.31 24.5 21.9 18.7 22.8 24.8 22.7 19.5 23.7 2022.6.6 24.5 22.1 18.8 23.0 24.8 22.9 19.6 23.7 2022.6.13 22.7 22.3 18.9 22.6 24.0 23.0 19.7 23.5 2022.6.20 22.4 22.0 18.9 22.3 23.7 22.9 19.7 23.5 2022.6.27 21.9 21.7 19.0 22.6 23.8 22.9 19.9 24.6 2022.7.4 22.0 21.8 19.2 22.8 25.0 23.3 20.0 23.8 2022.7.11 21.8 22.0 19.3 22.7 23.0 23.1 20.1 23.7 2022.7.18 22.1 21.9 19.4 23.3 23.8 22.9 20.2 23.9 2022.7.25 22.4 22.3 19.6 23.7 23.6 23.1 20.4 24.2 2022.7.29 22.5 22.6 19.5 23.6 24.1 23.3 20.3 24.4
6月份，1 号仓仓温从24.5 ℃降低并保持在21.9 ℃至 22.7 ℃时，表层粮温从 22.1 ℃降低至21.7 ℃，平均粮温为18.8 ℃至19.0 ℃，变化幅度仅为0.2 ℃，最高粮温从23.0 ℃降低至22.6 ℃，变化幅度为0.4 ℃。7月份，梅州进入高温季，日平均温度为 34.9 ℃，夜平均温度为 25.2 ℃，最高温度38.0 ℃。1 号仓仓温、表层粮温以及平均粮温均有所回升，仓温从22.0 ℃逐步小幅升高至22.5 ℃，表层粮温从21.8 ℃逐步升高至22.6 ℃，平均粮温为19.2 ℃至19.5 ℃，变化幅度为0.3 ℃，最高粮温从22.8 ℃升高至23.6 ℃，变化幅度为0.8 ℃。这表明，空调开启温度不同对仓温、粮堆表层温度、平均粮温和最高粮温具有影响，外界气温也对粮堆温度具有影响，其变化规律值得进一步研究。截止7月底，1 号仓粮温变化接近6 号仓5月底的粮温。同时，空调实验仓6 号仓仓温维持在23.0 ℃至24.8 ℃，表层粮温由22.9 ℃升高至23.3 ℃，平均粮温和最高粮温逐步升高至20.3 ℃、24.4 ℃。
2.2 空调实验仓1 号仓不同深度粮堆水平层温度变化差异
空调实验仓1 号仓不同深度粮堆水平层温度变化情况如图3 所示。由图3 可知，1 号仓粮堆各层温度存在不同的温度范围，上层粮温和下层粮温温度相对较高，中下层粮温高于中上层粮温。在实验控温期间，上层粮温S1 层6月份22 ℃以上分布区域逐渐缩小，而7月份随着仓温升高，S2 层粮温22 ℃以上分布区域逐渐扩大。下层粮温S4 层粮温逐渐升高，并在第3 列、第7 列和第10 列测温点形成明显的冷芯。中上层粮温S2 层、中下层S3 层粮温逐渐升高，第3列、第7 列和第10 列测温点冷芯区域逐渐缩小。这表明，空调控温储粮对粮堆表层温度影响较大，中层粮温影响较小，下层粮温可能受到地坪温度影响。
图3 空调实验仓1 号仓不同深度粮层水平温度分布变化
Fig.3 Temperature distribution of different deep grain layer in 1# and 6# warehouse
2.3 空调控温前后稻谷品质变化情况
空调控温前后稻谷品质变化如表3 所示。由表3 可知，空调控温后，1 号仓稻谷的水分保持不变，脂肪酸值上升2.2 mg KOH/100 g，升高了11.6%，而6 号仓水分损耗0.2%，脂肪酸值升幅较大，为3.4 mg KOH/100 g，升高了17.4%。由表4 可知，根据SPSS17.0 两配对T 检验分析，空调控温储粮模式对稻谷水分变化影响较小，对脂肪酸值变化影响较大，但在60 d 有限储藏期间在95%置信区间下，空调控温对稻谷的品质影响差异不显著。
表3 空调控温前后稻谷品质变化情况
Table 3 Changes in quantity indicators of storage paddy before and after temperature control with air-conditioning
品质指标 水分/%脂肪酸值/(mg KOH/100 g) 运行模式 控温前 控温储藏60 d 后22 ℃+13 h 12.0 12.0 24 ℃+24 h 12.9 12.7 22 ℃+13 h 18.9 21.1 24 ℃+24 h 19.5 22.9
表4 两配对T 检验结果分析
Table 4 Results analysis of paired t-test
成对差分检测指标 均值 标准差 均值的标准误下限 上限差分的95%置信区间t df Sig.（双侧）脂肪酸值前–脂肪酸值后 –2.800 00 0.848 53 0.600 00 –10.423 72 4.823 72 –4.667 1 0.134水分前–水分后 0.100 00 0.141 42 0.100 00 –1.170 62 1.370 62 1.000 1 0.500
2.4 不同运行模式下空调能耗对比分析
22 ℃+13 h、24 ℃+24 h 空调运行模式下空调能耗情况如表5 所示。由表5 可知，在60 d 周期内，1 号仓空调总电耗为13 081.05 kW，而6 号仓总电耗为14 940.61 kW，比1 号仓要高12.4%。
表5 空调实验仓1 号仓、6 号仓空调耗能情况
Table 5 Energy consumption of air-conditioning in 1# and 6# warehouse
仓号 空调开启时长/h空调观测周期/d总电耗/kW日均电耗/kW 1 13 60 13 081.05 218.02 6 24 60 14 940.61 249.01
控温储粮能有效抑制粮食籽粒的呼吸代谢、抑制粮堆内有害生物的生命活动，减少经济损失，降低化学药剂及虫霉污染。有报道指出全天开启空调的控温效果优于仅白天开启空调的控温效果，但空调能耗较高[19]，该研究结果与本研究结果相反，主要原因在于设置的控温模式不同。张景等[20]认为间歇式控温相对于持续控温，不仅保证粮食安全度夏，还能降低空调的用电损耗。本研究采用的两种控温方法均在控制高大平房仓粮温、延缓稻谷品质劣变以及节约成本上具有积极的效果，但是降低控温温度而缩短其控温时长的控温模式（13 h，22 ℃）更加经济高效。
3 结论
以我国广东省高温高湿地区高大平房仓储藏稻谷为对象，研究比较了22 ℃+13 h、24 ℃+24 h 空调运行模式下粮堆温度变化、品质变化情况，分析了粮堆各层温度变化情况。结果表明，在高温高湿地区高大平房仓使用空调控温技术，在两种空调运行模式下，粮堆平均温度和最高粮温均缓慢升高，空调控温储粮对粮堆表层温度影响较大，对中层粮温影响较小，在22 ℃+13 h 的控温模式可保持稻谷水分、延缓脂肪酸值升高、降低空调运行能耗。同时，采取22 ℃+13 h 的控温模式比24 ℃+24 h 的控温模式能够节约12.4%左右的用电费用。基础粮温较低的粮堆仓温、表层粮温以及平均粮温的控制效果更为明显。粮堆各层温度存在不同的温度范围，上层粮温和下层粮温温度相对较高，中下层粮温高于中上层粮温。从整体上看，升高空调控温温度而延长其控温时间的控温模式虽具有较好的控温效果，但并未达到经济高效的储粮目标，而降低控温温度但缩短其控温时长的控温模式更加适合高大平房仓的稻谷储存。
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备注：本文的彩色图表可从本刊官网（http//lyspkj.ijournal.cn）、中国知网、万方、维普、超星等数据库下载获取。